(57)【要約】  気乾ベースで固定炭素を２０〜６０質量％、揮発分を３０〜６６質量％、灰分を３〜６質量％含み、水分を６質量％以下含み、高位発熱量が気乾ベースで２０〜３０ＭＪ／ｋｇである固体燃料。この固体燃料は、椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を加熱手段に供給する供給工程と、前記加熱手段において前記殻を２４０〜３５０℃の温度で加熱し、前記殻の加熱処理固体を得る加熱工程とを有する固体燃料の製造方法により製造することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を加熱して得られる固体燃料であって、
気乾ベースで固定炭素を２０〜６０質量％、揮発分を３０〜６６質量％、灰分を３〜６質量％含み、水分を６質量％以下含み、高位発熱量が気乾ベースで２０〜３０ＭＪ／ｋｇである固体燃料。
【請求項２】
炭素分Ｃに対する水素分Ｈのモル比をＨ/Ｃとし、炭素分Ｃに対する酸素分Ｏのモル比をＯ/Ｃとすると、
０．６５＜Ｈ/Ｃ＜１．１
０．１５＜Ｏ/Ｃ＜０．５
である請求項１記載の固体燃料。
【請求項３】
請求項１または２記載の固体燃料の製造方法であって、
椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を加熱手段に供給する供給工程と、
前記加熱手段において前記殻を加熱し、前記固体燃料を得る加熱工程とを有し、
前記加熱工程における加熱温度を、２４０〜３５０℃とすること
を特徴とする固体燃料の製造方法。
【請求項４】
前記加熱工程における加熱温度を、３００〜３３０℃とする請求項３記載の固体燃料の製造方法。
【請求項５】
椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻から固体燃料を得る固体燃料の製造装置であって、
前記殻を加熱し、前記固体燃料とする加熱手段と、
前記加熱手段に対し、前記殻を供給する供給手段とを有し、
前記加熱手段における加熱温度は、２４０〜３５０℃であること
を特徴とする固体燃料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを加熱して得られる固体燃料およびその製造方法、製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止の対策の一つとして、生物由来の燃料としてのバイオマスをエネルギー源として利用することが行われている。例えば、石炭火力発電設備で石炭の一部代替燃料としてバイオマスが使用されている。石炭火力発電設備でバイオマスを使用するためには、燃焼効率を向上させるためにバイオマスの微粉砕化が必要である。石炭火力発電設備では、石炭を粉砕する石炭粉砕機を有していることから、バイオマスを石炭とともに石炭粉砕機で粉砕し、粉砕されたバイオマスと微粉炭とを混合燃焼（混焼）している。【０００３】
また、バイオマスは、一般に空隙率が高いためエネルギーの輸送性が乏しく、また含水率が高いため熱エネルギー密度が低く、燃料としてそのまま利用する場合には発熱量が小さい。このため、バイオマスを乾燥、粉砕してペレット化したり、バイオマスを炭化処理したりして、利用されている。例えば、特許文献１には、バイオマスの炭化物と石炭とを混焼するバイオマス系燃料の燃焼方法が記載されている。また、特許文献２には、椰子殻破砕物を圧縮し、椰子殻を燃料ではなく生ごみ処理用の微生物基材として用いる内容が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１４２６１号公報
【特許文献２】特開２００２−３１６１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、バイオマスを石炭粉砕機で微粉砕化することは容易ではなく、特にバイオマスが椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻（パームカーネルシェル）の場合、石炭よりも粉砕性が悪く、十分に微粉砕化することができない。
また、特許文献１で使用されているバイオマスの炭化物は、４００〜５００℃の高温で炭化されたものであり、炭化時に損失するエネルギーが多く、また、輸送時に粉化し環境汚染のおそれがある。
また特許文献２では、椰子殻を圧縮する点は記載されているものの、圧縮した椰子殻をバイオマス燃料として用いることについては記載されていない。
本発明の課題は、バイオマスとしてパームカーネルシェルを使用し、粉砕性に優れ、かつハイカロリーであり、しかも発塵性のない、固体燃料およびその製造方法、製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、種々検討した結果、パームカーネルシェルを低温炭化処理することにより、上記課題を解決する固体燃料が得られることを知見した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を加熱して得られる固体燃料であって、気乾ベースで固定炭素を２０〜６０質量％、揮発分を３０〜６６質量％、灰分を３〜６質量％含み、水分を６質量％以下含み、高位発熱量が気乾ベースで２０〜３０ＭＪ／ｋｇである固体燃料を提供するものである。
また、上記固体燃料において、炭素分Ｃに対する水素分Ｈのモル比をＨ/Ｃとし、炭素分Ｃに対する酸素分Ｏのモル比をＯ/Ｃとすると、０．６５＜Ｈ/Ｃ＜１．１および０．１５＜Ｏ/Ｃ＜０．５である固体燃料を提供するものである。
また、本発明は、上記固体燃料の製造方法として、椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を加熱手段に供給する供給工程と、前記加熱手段において前記殻を加熱し、前記固体燃料を得る加熱工程とを有し、前記加熱工程における加熱温度を、２４０〜３５０℃とすることを特徴とする固体燃料の製造方法を提供するものである。
また、本発明は、椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻から固体燃料を得る固体燃料の製造装置であって、前記殻を加熱し、前記固体燃料とする加熱手段と、前記加熱手段に対し、前記殻を供給する供給手段とを有し、前記加熱手段における加熱温度は、２４０〜３５０℃であることを特徴とする固体燃料の製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、バイオマスとしてパームカーネルシェルを使用し、粉砕が容易で、粉砕エネルギーが少なく、かつハイカロリーである固体燃料を得ることができる。また、発塵性がないため、空気中に飛散することがなく、安全で環境汚染のおそれのない、固体燃料を得ることができる。
なお、本発明の範囲外ではあるが、参考例としてパームカーネルシェルを加圧圧縮し、平板化したものを燃料として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】表２に示す加熱処理温度とＨＧＩ相当数との関係を示すグラフである。
【図２】ＰＫＳの加熱処理固体のＦＴ−ＩＲ分析結果を示すグラフである。
【図３】木くずの加熱処理固体のＦＴ−ＩＲ分析結果を示すグラフである。
【図４】ＰＫＳおよび木くずの加熱処理固体のＷＩ相当数と加熱処理温度との関係を示すグラフである。
【図５】ＰＫＳおよび木くずの加熱処理固体の粉化試験の結果を示すグラフである。
【図６】ＰＫＳの粒子径と篩下積算の関係を示すグラフである。
【図７】各種原料の元素組成比の比較を示す図である。
【図８】ＰＫＳおよび木くずの加熱処理温度とＨ/ＣおよびＯ/Ｃの値の変化を示すグラフである。
【図９】空気中でのＰＫＳと木くず、および石炭の熱重量分析を示すグラフである。
【図１０】Ｏ2：４％、Ｎ2：９６％中でのＰＫＳと木くず、および石炭の熱重量分析を示すグラフである。
【図１１】ＰＫＳの水中浸漬試験結果を示すグラフである。
【図１２】木くずの水中浸漬試験結果を示すグラフである。
【図１３】図１３（ａ）は加熱前のＰＫＳの破断面の３０倍のＳＥＭ写真であり、図１３（ｂ）は加熱前のＰＫＳの破断面の２００倍のＳＥＭ写真であり、図１３（ｃ）は加熱前のＰＫＳの破断面の１０００倍のＳＥＭ写真である。
【図１４】図１４（ａ）は３００℃で加熱処理したＰＫＳの破断面の３０倍のＳＥＭ写真であり、図１４（ｂ）は３００℃で加熱処理したＰＫＳの破断面の２００倍のＳＥＭ写真であり、図１４（ｃ）は３００℃で加熱処理したＰＫＳの破断面の１０００倍のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の固体燃料を、その好ましい製造方法に基づいて説明する。
本発明でバイオマスとして使用される「椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻」は、パームカーネルシェル（以下、ＰＫＳと略記することもある）と称されているものである。
前記ＰＫＳは、含水率が４０質量％以下のものが好ましく、含水率が１５質量％以下のものがより好ましい。
【００１０】
前記ＰＫＳの加熱処理は、空気の供給を制限もしくは遮断した状態または不活性ガス雰囲気で、２２０〜４００℃の温度、好ましくは２４０〜３５０℃、より好ましくは２９６〜３５０℃、特に好ましくは３００〜３３０℃の温度で行う、所謂、低温炭化処理である。ここで、本発明でいう温度とは、加熱処理固体の温度をいう。また、低温炭化とは、４００℃以下の還元雰囲気下で行う有機固体の熱分解をいう。さらに、還元雰囲気とは、空気の供給を制限もしくは遮断した状態または不活性ガス雰囲気をいう。還元雰囲気（加熱処理雰囲気）の酸素濃度は、５容量％以下が好ましい。
該加熱処理の温度が２２０℃未満であると、低温炭化を行なわない場合に比べて粉砕性が向上する。該加熱処理の温度が３５０℃を超えると、加熱処理後の固体収率が小さく、加熱処理時に損失エネルギーが多くなる傾向がある。また、２９６℃以上の場合、粉砕性が著しく向上する。
該加熱処理に用いられる加熱装置は、バイオマスの炭化処理に従来より用いられている加熱装置を用いることができ、内熱式でも外熱式でもよく、また回分式でも連続式でもよい。具体的には、例えば、内熱式ロータリーキルン、外熱式ロータリーキルン、移動層式加熱装置、充填層式加熱装置などが挙げられる。
【００１１】
昇温速度は、特に限定されるものではないが、大気温度から所望の加熱温度まで、通常、１〜１０℃／分とするとよく、１〜５℃／分とするのがより好ましい。
前記加熱処理の時間は、２２０〜４００℃の温度内に到達後、該温度内で、９０分間以内が好ましく、５０分間以内がより好ましい。加熱処理時間が長すぎると、加熱処理後の固体収率が小さくなり、固体への熱エネルギー回収率が低下するため、所望する固体燃料の性状に応じて昇温速度および加熱処理時間を適宜決定する。
【００１２】
前記のＰＫＳの加熱処理により、加熱処理固体として本発明の固体燃料と、気体成分として第１のガスとが得られる。
第１のガスは、タールや揮発分を含有している。そこで、エネルギー損失の抑制の観点からも、第１のガスは、前記加熱装置から排出した後、燃焼装置に供給して第１のガス中のタールや揮発分を燃焼し、熱ガスとしての第２のガスを得た後、該第２のガスを前記加熱装置に戻し、ＰＫＳの加熱処理のためのエネルギーの一部として回収することが好ましい。燃焼装置における第１のガスの燃焼温度は、好ましくは５００〜１，２００℃、より好ましくは８５０〜１，０００℃である。
第１のガスを燃焼するための燃焼装置としては、第１のガス中のタールや揮発分を燃焼し得るものであれば特に制限されるものではなく、耐火物内張ガス燃焼炉などの通常の燃焼装置が用いられるが、その他、後述する「本発明の固体燃料が使用される熱利用設備」により、本発明の固体燃料とともに第１のガスを燃焼させることもできる。また、第１のガスを冷却して、タールを分離することもできる。
【００１３】
前記のＰＫＳの加熱処理により得られる本発明の固体燃料の性状について説明する。固体燃料の固定炭素は気乾ベースで２５〜６０質量％、好ましくは３５〜６０質量％、より好ましくは４５〜５５質量％である。また、揮発分は気乾ベースで３０〜６６質量％、好ましくは３５〜５５質量％、より好ましくは３５〜４５質量％である。さらに、灰分は気乾ベースで３〜６質量％、好ましくは３〜５質量％である。また、水分を６質量％以下、好ましくは５質量％以下含む。さらに、高位発熱量が気乾ベースで２０〜３０ＭＪ／ｋｇ、好ましくは２４〜３０ＭＪ／ｋｇ、より好ましくは２５〜３０ＭＪ／ｋｇである。ここで、気乾ベースとは、日本工業規格JIS M8811に記載の気乾試料の調製方法によって測定した固体重量をいう。また、本発明の固体燃料の固定炭素、揮発分、灰分および水分の測定方法は、日本工業規格JIS M8812に記載の方法に依った。さらに、高位発熱量とは、総発熱量をいい、測定方法は日本工業規格JIS M8814に記載の方法に依った。該固体燃料に含まれる前記揮発分は、一環芳香族などである。
【００１４】
本発明の固体燃料は、前記のＰＫＳの加熱処理によって、生のＰＫＳの粒子径とほぼ同等であり、粉化することはない。従って、低温炭化した後の固体燃料を輸送する際に発じんによる周辺の汚染もない。生のＰＫＳの平均粒子径は、通常、５ｍｍ程度であり、本発明の固体燃料の平均粒子径も、ほぼ５ｍｍ程度である。ここで、本発明でいう平均粒子径とは、メジアン径をいい、JIS M8801に記載の粒度試験方法により求められる。
【００１５】
本発明の加熱処理によって得られた固体燃料は、加熱処理を行なう前のものに比べて粉砕性が向上する。本発明で得られた固体燃料のＷＩ相当数は、０．７〜２．５である。比較のために測定した一般的な燃料用の石炭では、ＷＩ相当数が１．０〜２．０であったことから、固体燃料は石炭とほぼ同程度の粉砕性であると評価できる。ここで、ＷＩ相当数とは、粉砕性の相対評価をいい、ボールミルを使用した初期粉砕速度の測定により求められる。ＷＩ相当数の値が小さいほど、粉砕しやすいことを示す（後述）。
また、本発明で得られた固体燃料は、ＨＧＩ相当数が１６〜２５であり、適度な硬さを保った固体であり、発塵性がない。ここで、ＨＧＩ相当数とは、JIS Ｍ8801に記載のＨＧＩと類似する測定方法により得られた粉砕性指数をいい、ボールミルを使用した一定回転数における粉砕度合により求められる。ＨＧＩ相当数の値が大きいほど、粉砕しやすいことを示す（後述）。
固体燃料の粉砕所要動力の点から、本発明においては、ＷＩ相当数は、２．５以下、ＨＧＩ相当数は、１５以上、特に１６以上が好ましい範囲であると考えられる。ＷＩ相当数およびＨＧＩ相当数の評価方法の詳細については、以下の実施例でより詳細に説明する。
【００１６】
本発明の固体燃料は、熱利用設備に供給して燃焼させることにより、熱利用設備のエネルギー源として使用される。特に、本発明の固体燃料は、石炭の一部代替燃料として、熱利用設備に供給して燃焼させることが好ましい。
本発明の固体燃料が使用される熱利用設備としては、制限されるものではなく、既存の熱利用設備を使用することができ、例えば、微粉炭焚きボイラ、セメントクリンカ製造設備のロータリーキルン、セメントクリンカ製造設備の仮焼炉、製鉄設備のコークズ炉、高炉などが挙げられ、これらの中でも、微粉炭焚きボイラ、セメントクリンカ製造設備のロータリーキルン、仮焼炉などが好ましい。
【００１７】
本発明の固体燃料は、燃焼効率の向上などの点から、粉砕した後、前記熱利用設備に供給しても良い。この粉砕の程度は、固体燃料が供給される熱利用設備にもよるが、通常、平均粒子径が１，０００μｍ以下となるように粉砕するとよく、平均粒子径が７５０μｍ以下となるように粉砕するのがより好ましい。
本発明の固体燃料は、粉砕性に優れており、竪型ローラーミル、チューブミル、ハンマーミル、ファン型ミルなどで容易に粉砕することができ、また石炭火力発電設備に備えられている石炭粉砕機で、石炭とともに容易に微粉砕化することもできる。また、固体燃料を石炭とともに熱利用設備に供給して燃焼することができる。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例および比較例により何ら制限されるものではない。【００１９】
［固体燃料のＷＩ相当数の測定］
ＷＩ相当数は，固体燃料の単位重量当たりの粉砕動力に比例した数値であり、この値が小さい方が、粉砕動力が小さいことを表す。ＷＩ相当数の測定方法は、次のとおりである。
固体のうち、４．７５ｍｍ篩下をＷＩ相当数測定用試料とした。この試料４８０ｇを直径３６．５ｍｍの鋼製球４３個、直径３０．２ｍｍの鋼製球６７個、直径２５．４ｍｍの鋼製球１０個、直径１９．１ｍｍの鋼製球７１個、直径１５．９ｍｍの鋼製球９４個を投入したボールミルで、毎分７０回転の回転速度で、１分間、２分間、４分間、１０分間粉砕して、目開き１５０μｍの標準ふるいを用いてそれぞれの粉砕時間における、ふるい下重量を測定し、その質量分率を算出した。つぎに、上記で求めた質量分率と粉砕時間との関係を図にプロットして、その傾きから粉砕速度定数ｋｘｃ（ｍｉｎ-1）を求め、次式によって、ＷＩ相当数を求めた。
ＷＩ相当数＝Ｘｃ0.5・（ｋｘｃ・Ｗs）-0.82
Ｘｃ：標準ふるいの目開き＝１５０（μｍ）
ｋｘｃ：粉砕速度定数（ｍｉｎ-1）
Ｗｓ：４８０（ｇ）【００２０】
［固体燃料のＨＧＩ相当数の測定］
固体燃料のＨＧＩ相当数は、下記の方法により測定したものである。ＨＧＩ相当数は固体燃料の粉砕能を評価する数値であり、この数値が大きいほうが粉砕性が良い。ＨＧＩ相当数の測定方法は、次のとおりである。
固体をカッターミルで粉砕し、５００μｍ篩上、１，０００μｍ篩下の試料をＨＧＩ相当数測定用試料とした。この測定用試料５０ｇを直径２５．４ｍｍの鋼製球を８個投入したボールミルで毎分１５〜２０回転の速度で、６０回転運転し、得られた粉砕試料を７５μｍ篩を用いて篩下の試料重量（ｗｇ）を測定した。このようにして得られた数値ｗを用いて、次式によって、ＨＧＩ相当数を求めた。
ＨＧＩ相当数＝１３＋６．９３×ｗ
ｗ：７５μｍ篩下重量（ｇ）【００２１】
［加熱処理後の固体収率］
加熱処理後の固体収率は次式によって求めた。
Ｙ＝Ｗ1×（１−ｈ1／１００）／｛Ｗ0×（１−ｈ0／１００）｝×１００
Ｙ：固体収率（質量％）
Ｗ1：加熱処理後の固体重量（g）
ｈ1：加熱処理後固体の水分割合（質量％）
Ｗ0：加熱処理前の固体重量（g）
ｈ0：加熱処理前固体の水分割合（質量％）【００２２】
［試料の高位発熱量］
高位発熱量はJIS M8814によって求めた。【００２３】
［エネルギー固定化率の算定］
上記加熱処理後の固体収率と、加熱処理前後の試料の高位発熱量とから、エネルギー固定化率を算出した。この値が大きい方が、加熱処理固体として利用できるエネルギーが大きいことを表す。エネルギー固定化率は、次式によって求めた。本発明においては、エネルギーの有効利用の観点から、エネルギー固定化率は、６５％以上が許容範囲であると考えられる。
Ｙe＝Ｈ1×Ｗ1×（１−ｈ1／１００）／｛Ｈ0×Ｗ0×（１−ｈ0／１００）｝×１００
Ｙe:エネルギー固定化率（％）
Ｈ1:加熱処理後の固体高位発熱量（ＭＪ／ｋｇ）
Ｗ1：加熱処理後の固体重量（g）
ｈ1：加熱処理後固体の水分割合（質量％）
Ｈ0:加熱処理前の固体高位発熱量（ＭＪ／ｋｇ）
Ｗ0：加熱処理前の固体重量（g）
ｈ0：加熱処理前固体の水分割合（質量％）【００２４】
〔実施例１〕
アブラヤシの果実の種子から核油を搾油した後の殻（ＰＫＳ）を用いた。用いたＰＫＳはインドネシア産アブラヤシの殻で、元素組成は次のとおりである。
炭素（無水ベース%） ５２．１
水素（無水ベース%） ４．８
窒素（無水ベース%） ０．４
全硫黄（無水ベース%） ０．０３
塩素（無水ベース%） ０．００７
また、工業分析値は次の通りである。
水分（気乾ベース%） ９．０
灰分（気乾ベース%） ２．４
揮発分（気乾ベース%） ７０．７
固定炭素（気乾ベース%） １７．９
ＨＧＩ相当数は１４、ＷＩ相当数は１１である。【００２５】
ＰＫＳを天日乾燥させ、含水率１２質量％とし、粒子径１〜１６ｍｍ、平均粒子径が５ｍｍのものを使用した。
前記ＰＫＳ４ｋｇを、内径６００ｍｍ×長さ５００ｍｍの試料ケースに投入し、試料ケースごと外熱式ロータリーキルンに装着して、不活性ガスである窒素ガスを流通させながら、大気温度から３２０℃まで昇温速度２℃／分で加熱した。なお、基準とする加熱温度としては、試料ケースの軸中心中央部の気相雰囲気の温度とした。尚、ロータリーキルンにおいては、前記気相雰囲気の温度と、加熱処理固体の温度とは一致している。加熱温度が３２０℃に到達した後、３２０℃の温度で１分間維持し、その後すみやかに１６０℃まで冷却し、その後、試料ケースをロータリーキルンから取り出して大気中に試料を取り出し、室温まで冷却させた。このようにして加熱処理固体としての固体燃料と第１のガスとを製造した。固体燃料とともに製造された第１のガスは、ＰＫＳを加熱処理中、燃焼装置に連続的に供給して燃焼し、第２のガスを得た。
固体燃料の化学組成、平均粒子径、高位発熱量、ＨＧＩ相当数、ＷＩ相当数、固体収率、エネルギー固定化率を表１に示す。表１には、ＰＫＳの含水率および平均粒子径ならびにＰＫＳの加熱処理条件（加熱処理温度および加熱処理時間）も併記した。また、表１には加熱処理前の生のＰＫＳ（未加熱処理固体）の各物性も合わせて記載した。ＨＧＩ相当数は、２４となり生のＰＫＳと比べて大幅に大きくなった。また、ＷＩ相当数は、生のＰＫＳの０．１倍以下となり、粉砕性が良好となった。また、加熱処理固体の粒子径分布は生のＰＫＳとほぼ同じであり、低温炭化によって、固体粒子が粉化することはなかった。【００２６】
〔実施例２〕
実施例１において、ＰＫＳの加熱処理温度を２４０℃にした以外は、実施例１と同様に実施し、加熱処理固体としての固体燃料と第１のガスとを製造した。
固体燃料の化学組成、平均粒子径、高位発熱量、ＨＧＩ相当数、ＷＩ相当数、ＰＫＳの含水率および平均粒子径ならびにＰＫＳの加熱処理条件を表１に示す。ＨＧＩ相当数は、１６となり生のＰＫＳと比べて大きくなった。ＷＩ相当数は、生のＰＫＳの約０．２倍となり、粉砕性が良好となった。また、加熱処理固体の粒子径分布は生のＰＫＳとほぼ同じであり、低温炭化によって、固体粒子が粉化することはなかった。【００２７】
〔実施例３〕
実施例１において、ＰＫＳの加熱処理温度を３５０℃にした以外は、実施例１と同様に実施し、加熱処理固体としての固体燃料と第１のガスとを製造した。
固体燃料の化学組成、平均粒子径、高位発熱量、ＨＧＩ相当数、ＷＩ相当数、ＰＫＳの含水率および平均粒子径ならびにＰＫＳの加熱処理条件を表１に示す。ＨＧＩ相当数は、２３となり生のＰＫＳから大幅に上昇した。さらに、ＷＩ相当数は、生のＰＫＳの約０．１倍となり、粉砕性が良好となった。また、加熱処理固体の粒子径分布は生のＰＫＳとほぼ同じであり、低温炭化によって、固体粒子が粉化することはなかった。【００２８】
〔参考例１〕
実施例１において、ＰＫＳの加熱処理温度を２２０℃にした以外は、実施例１と同様に実施し、加熱処理固体としての固体燃料と第１のガスとを製造した。
固体燃料の平均粒子径、ＨＧＩ相当数、ＰＫＳの含水率および平均粒子径ならびにＰＫＳの加熱処理条件を表１に示す。ＨＧＩ相当数は１５であり、生のＰＫＳと比べて粉砕性が若干向上する程度であった。また、ＷＩ相当数は、石炭と比べて３倍程度であり、粉砕性は若干向上する程度であった。【００２９】
〔参考例２〕
実施例１において、ＰＫＳの加熱処理温度を４００℃にした以外は、実施例１と同様に実施し、加熱処理固体としての固体燃料と第１のガスとを製造した。
固体燃料の化学組成、平均粒子径、高位発熱量、ＨＧＩ相当数、ＷＩ相当数、ＰＫＳの含水率および平均粒子径ならびにＰＫＳの加熱処理条件を表１に示す。ＨＧＩ相当数、ＷＩ相当数ともに、粉砕性の改善が見られた。しかし、エネルギー固定化率は６０％程度まで低下した。【００３０】
［ＨＧＩによる粉砕性の詳細評価］
上記の結果を踏まえて、加熱温度と粉砕性について、より詳細な検討を行なった。
［実施例６〜１６］
加熱処理温度を表２に示すように変えた以外は、実施例１と同様な方法により加熱処理を行なった。その結果を表２および図１に示す。加熱処理温度が２９６℃からＨＧＩ相当数が上昇し、３００℃以上においてＨＧＩ相当数が急激に上昇することが明らかとなった。これは、粉砕性が大幅に向上することを意味する。また、固体燃料の粒子が粉化することはなかった。【００３１】
【表１】
2012023479.tif 000002
【００３２】
【表２】
2012023479.tif 000003
【００３３】
さらに、ＰＫＳの加熱処理固体の性状を調べるために下記の各種試験を行った。各種試験において、ＰＫＳとしては実施例１で用いたものと同じＰＫＳを用いた。ＰＫＳまたは木くずの加熱処理は、特に示さない限り、加熱温度以外は実施例１と同様な方法により行った。【００３４】
［セルロースまたはリグニンの残留量と加熱処理固体の性状との相関］
（セルロース残留量との相関）
ＰＫＳと木くず（ヒノキ）の加熱処理固体の比較を行った。加熱処理固体としては、２４０℃、２６０℃、３００℃で加熱したものを用いた。図２および図３は、加熱処理固体のＦＴ−ＩＲ分析結果である（デジラボ社製、型番：ＦＴＳ−７０００ｅ、一回反射法（ダイヤモンド使用））。図２はＰＫＳの場合を示し、図３は木くずの場合を示す。図４は加熱処理固体のＷＩ相当数と加熱処理温度との関係を示す図である。
なお、表３に、加熱前の生のＰＫＳ、生の木くず（ヒノキ）におけるセルロース、リグニンの重量組成を示す。表３から、生のＰＫＳは生の木くずと比べてリグニンの割合が多く、セルロース（ヘミセルロースを含む）の割合が低いことがわかる。なお、ヘミセルロースはセルロース同士を接続する繊維状物質である。【００３５】
【表３】
2012023479.tif 000004
【００３６】
リグニンはＯ−ＣＨ3結合（２８５０cm-1付近）、およびＣ＝Ｃ結合（１６００cm-1付近）を有する一方、セルロースはこの２種類の結合を有しない。一方、Ｏ−Ｈ結合（３４００cm-1付近）は主にセルロースが有する結合であるため、加熱前後における上記３種の結合の量を比較することにより、リグニンおよびセルロースの分解の程度を推察することが可能である。【００３７】
図２から明かなように、ＰＫＳの加熱処理固体では、Ｏ−ＣＨ3結合、Ｃ＝Ｃ結合はともに加熱によって減少するものの、完全に分解されることなく残留している。また、図３から明かなように、木くずの加熱処理固体では、Ｃ＝Ｃ結合はほとんど減少していない。したがって、ＰＫＳ、木くずともに、少なくとも２４０℃〜３００℃の加熱後であってもリグニンが残留していると推察される。【００３８】
一方Ｏ−Ｈ結合については、図２から明かなように、ＰＫＳでは少なくとも２４０℃の加熱によって大きく減少しているが、図３から明かなように、木くずでは３００℃の加熱によってもあまり減少していない。したがって、２４０℃〜３００℃でＰＫＳ、木くずを加熱した場合、リグニンはともに残留する一方、生のＰＫＳ中のセルロースは大きく分解されるが、生の木くず中のセルロースはほとんど分解されないと推察される。【００３９】
これにより、相対的に残存セルロースが少ないＰＫＳの加熱処理固体は、セルロースの残存量が大きい木くずの加熱処理固体よりも粉砕性に優れる。図４からも、ＰＫＳの加熱処理固体は一部を除いて相対的に木くずの加熱処理固体よりもＷＩ相当数が低く、粉砕性に優れていることがわかる。【００４０】
（リグニン残留量との相関）
生のＰＫＳ、生の木くずの強度はセルロースと、セルロース同士を接着するリグニンによって保持されている。ここで、加熱後のリグニン残存量が多ければ、加熱によりセルロースが分解された場合であっても残存リグニンによって加熱処理固体の強度が保持されるため、加熱処理固体の強度が大きく低減することがない。【００４１】
上記表３から明らかなように、生のＰＫＳは生の木くずと比べてリグニンの割合が多く、そのため加熱処理固体においても、ＰＫＳは木くずと比べて残存リグニンが相対的に多い。したがって、ＰＫＳの加熱処理固体は木くずの加熱処理固体と比べて相対的に強度が高く、輸送中に粉化するおそれが低い。【００４２】
図５は、ＰＫＳおよび木くずの加熱処理固体の粉化試験結果を示すものである。粉化試験は、木くずおよびＰＫＳのうち１ｍｍ以上の試料をポリエチレン袋に１ｋｇ入れ、３．１ｍの高さから１０回落下させた後、１ｍｍ篩下粒子の割合を測定することで行った。図５から、ＰＫＳの加熱処理固体は、同一温度における木くずの加熱処理固体と比べて１ｍｍ以下の粒子が少なく、粉化しにくいと判断される。したがって、木くずの加熱処理固体と比べて残存リグニンが相対的に多いＰＫＳの加熱処理固体は、輸送時に粉化するおそれが少なく、ハンドリング性に優れている。【００４３】
図６は、ＰＫＳの粒子径と篩下積算の関係を示すグラフである。図６では生のＰＫＳ、２９０℃、３００℃、３１０℃、３２０℃、３３０℃の各温度における炭化品のグラフを示す。２９０℃〜３３０℃炭化品のいずれも生のＰＫＳと大きな差異はなく、発塵性は少ないことが示される。【００４４】
（ＰＫＳ加熱処理固体と石炭との比較）
表４は各種原料の元素分析および工業分析の結果であり、図７は表４に基づく各種原料の元素組成比の比較（炭素Ｃに対する水素Ｈの比＝Ｈ/Ｃ、炭素Ｃに対する酸素Ｏの比＝Ｏ/Ｃ）を示す図である。セルロース、ヘミセルロースはＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値がともに大きく、リグニンはともに小さい。また、石炭はリグニンよりもＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値がさらに小さい（図７参照）。【００４５】
【表４】
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【００４６】
加熱温度の上昇に伴ってＰＫＳ加熱処理固体のＣは増加、Ｈ、Ｏはともに減少するため、Ｈ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値も加熱温度が高いほど小さくなる。表４から明らかなように、生のＰＫＳを２４０〜２８０℃で加熱した加熱処理固体はＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値が減少し、リグニンのＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値に近接した。これに対し、木くずの２４０℃、２６０℃加熱処理固体におけるＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値は、ＰＫＳのものほど減少しなかった。これは、ＰＫＳでは、加熱によりセルロースの分解が進み加熱処理固体に残存するリグニンの割合が増加する一方、木くずは当初原料（生の木くず）に含まれるリグニンが少なく、残存するリグニン量もＰＫＳに比べて低いためと推察される。【００４７】
また、３００〜３２０℃におけるＰＫＳ加熱処理固体のＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値は、ともにリグニンのＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値よりもさらに減少して石炭のＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値に近接した。さらに工業分析値における揮発分、固定炭素、高位発熱量の値も石炭に近接し、３００〜３２０℃におけるＰＫＳ加熱処理固体は石炭に近い燃料となった。これに対し、木くずの３００℃加熱処理固体におけるＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値は、ＰＫＳの２４０〜２８０℃加熱処理固体とほぼ同一の値でしかなかった。また元素分析における炭素分も、同じ３００℃加熱処理固体で比較した場合、ＰＫＳのほうが多かった。したがって、同一温度で加熱した場合、木くずよりもＰＫＳのほうがより石炭に近く、燃料として良好な特性を有する。【００４８】
また、図８はＰＫＳおよび木くずの加熱処理温度とＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値の変化を示すグラフである。ＰＫＳ加熱処理固体におけるＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値は、２４０〜２８０℃ではほぼ同じ値であるが、２８０〜３００℃で急減し、それ以降の３００℃〜３２０℃では大きく変化しない。同様に、図７においてもＰＫＳの２４０℃〜２８０℃加熱処理固体はほぼ同様のＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値を示すが（領域Ｄ１）、加熱温度が２８０℃から３００℃に上昇するとＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値が急減し、３００℃、３２０℃でほぼ同じ値となる（領域Ｄ２）。【００４９】
さらに表２から明らかなように、ＰＫＳの３００〜３２０℃の加熱処理固体（図７の領域Ｄ２に相当）は、２４０〜２８０℃の加熱処理固体（図７の領域Ｄ１に相当）と比べてＨＧＩ相当数が向上している。図７における領域Ｄ１，Ｄ２の相対位置を比較すると、領域Ｄ１はセルロースおよびヘミセルロースに近く、領域Ｄ２は石炭に近い。したがって３００〜３２０℃の加熱処理を行うことにより、ＰＫＳはより石炭に近接し、粉砕性が向上するものと推察される。【００５０】
このように、ＰＫＳを３００℃付近で加熱することにより、加熱処理固体のＨ/Ｃ、Ｏ/Ｃの値が領域Ｄ１からＤ２に遷移する。したがって、生のＰＫＳを３００〜３２０℃で加熱することで、より石炭に近い性状の燃料を得ることが可能となる。【００５１】
図９、図１０はＰＫＳと木くず、および石炭の熱重量分析（いずれも昇温速度は１０℃／ｍｉｎ）である。図９は空気中、図１０はＯ2：４％、Ｎ2：９６％ガス中のグラフを示す（図１０は無水ベース）。図９、図１０いずれにおいても、ＰＫＳの半炭化品は木くずの半炭化品よりも石炭に近接しており、良好な燃焼特性を有することが確認された。【００５２】
［残留リグニンと平衡水分の相関］
（水中浸漬試験）
図１１はＰＫＳの水中浸漬試験結果を、図１２は木くずの水中浸漬試験結果を示すグラフである。水中浸漬試験は室温で水１リットルに対し試料１００ｇを浸漬させ、固体水分の経時変化を測定することにより行った。図１１および図１２から明らかなように、原料、加熱処理固体ともにＰＫＳは木くずよりも平衡水分が低く、水分を吸収しにくかった。したがって貯蔵時に吸収する水分も低くなるため、木くずに比べ、ＰＫＳは単位重量当たりの熱量が高く、かつハンドリング性に優れている。【００５３】
上述のとおり、ＰＫＳは木くずと比べて原料中のリグニンが相対的に多く、加熱後においても残存リグニンが多いと推察される。また、リグニンはセルロース同士を接着し、セルロース間に存在する空隙を充填している。したがってリグニンが相対的に多いＰＫＳではセルロース間に存在する空隙が木くずに比べて相対的に少ない。これにより水中浸漬時においてセルロース間に進入する水分が少なくなるため、木くずに比べてＰＫＳは平衡水分が少なくなると推測される。【００５４】
（破断面写真）
図１３（ａ）〜（ｃ）、図１４（ａ）〜（ｃ）は、ＰＫＳの破断面におけるＳＥＭ写真である。図１３は加熱前の生のＰＫＳの破断面を、図１４は３００℃加熱後のＰＫＳ加熱処理固体の破断面を示す。加熱前原料の破断面では細胞壁（主要構成成分はセルロース）が略六角形状の凹凸となって確認されるが、３００℃加熱処理固体の破断面では加熱前原料のような凹凸が確認できず、破断面が平滑・均一となっていた。これは、加熱によりセルロースが分解された結果、加熱処理固体がリグニン主体の均質な構造となったためと推測される。【００５５】
［実施形態の効果］
（１）椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を加熱して得られる固体燃料であって、
気乾ベースで固定炭素を２０〜６０質量％、揮発分を３０〜６６質量％、灰分を３〜６質量％含み、水分を６質量％以下含み、高位発熱量が気乾ベースで２０〜３０ＭＪ／ｋｇであることとした。
これにより、揮発分、固定炭素等の燃料性状および粉砕性の点で、石炭に近い燃料を得ることができる。【００５６】
（２）上記（１）に記載の固体燃料において、
炭素分Ｃに対する水素分Ｈのモル比をＨ/Ｃとし、炭素分Ｃに対する酸素分Ｏのモル比をＯ/Ｃとすると、０．６５＜Ｈ/Ｃ＜１．１、０．１５＜Ｏ/Ｃ＜０．５とすることとした。これにより、リグニンを残存させつつセルロースの分解し、ＰＫＳ加熱処理固体の強度を維持しつつ繊維質を低減させ、輸送時の粉化を低減することでハンドリングを向上させるとともに、粉砕性に優れた固体燃料を得ることができる。０．７＜Ｈ/Ｃ＜０．８、０．２＜Ｏ/Ｃ＜０．３であればより好ましい。【００５７】
（３）上記（１）、（２）に記載の固体燃料の製造方法であって、前記殻を加熱手段に供給する供給工程と、前記加熱手段において前記殻を加熱し、前記固体燃料を得る加熱工程とを有し、前記加熱工程における加熱温度を、２４０〜３５０℃とすることとした。これにより、リグニンを残存させつつセルロースの分解を促進することが可能となる。よって、ＰＫＳ加熱処理固体の強度を維持しつつ繊維質を低減させ、輸送時の粉化を低減することでハンドリングを向上させるとともに、粉砕性に優れた固体燃料を得ることができる。【００５８】
（４）上記（３）において、前記加熱工程における加熱温度を、３００〜３３０℃とすることとした。これにより、より石炭に近接した燃料を得ることができる。【００５９】
なお、本明細書ではＰＫＳを２４０℃〜３５０℃で加熱して燃料を得たが、燃料として好適であれば加熱するものでなくとも良い。例えば、ＰＫＳを加圧圧縮して厚さ数ｍｍ以下の平板形状とすることとしてもよい。これにより、石炭と混合粉砕可能であって、かつ良好な燃焼性を有するバイオマス混合燃料を得ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月16日(2011.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を加熱して得られる固体燃料であって、
気乾ベースで固定炭素を２２〜６０質量％、揮発分を３０〜６６質量％、灰分を３〜６質量％含み、水分を６質量％以下含み、高位発熱量が気乾ベースで２０〜３０ＭＪ／ｋｇである固体燃料。
【請求項２】
炭素分Ｃに対する水素分Ｈのモル比をＨ／Ｃとし、炭素分Ｃに対する酸素分Ｏのモル比をＯ／Ｃとすると、
０．６５＜Ｈ／Ｃ＜１．１
０．１５＜Ｏ／Ｃ＜０．５
である請求項１記載の固体燃料。
【請求項３】
請求項１または２記載の固体燃料の製造方法であって、
椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を加熱手段に供給する供給工程と、
前記加熱手段において前記殻を加熱し、前記固体燃料を得る加熱工程とを有し、
前記加熱工程における加熱温度を、２４０〜３５０℃とすること
を特徴とする固体燃料の製造方法。
【請求項４】
前記加熱工程における加熱温度を、３００〜３３０℃とする請求項３記載の固体燃料の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の固体燃料の製造装置であって、
前記殻を加熱し、前記固体燃料とする加熱手段と、
前記加熱手段に対し、前記殻を供給する供給手段とを有し、
前記加熱手段における加熱温度は、２４０〜３５０℃であること
を特徴とする固体燃料の製造装置。
【国際調査報告】
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